3d打印机出丝机构和平台自动推送装置的设计【字数：13682】
21世纪，机械行业迅猛发展，各式各样的3D打印机层出不穷，有联臂型、笛卡尔型和XYZ型，对于XYZ型上的传统出丝机构构大多采用活塞式。现针对3D打印机效率差、耗时等问题，对出丝机构进行改善，用平台自动推送装置缩短时间，提高效率。本文主要是介绍及优化出丝机构和平台自动推送机构。出丝机构用两对U型轴承和出丝机构构组成U型对挤机构，对打印材料攻外螺纹处理。运用计算模拟，设计出由35步进电机、支撑架、散热片体、加热块、加热棒、热电偶及喷头组成的出丝机构。平台自动推送装置主要是由滚珠丝杠来实现平台上玻璃的推送与更换。对结构仿真分析，验证其可靠性，保证其工作的稳定性。
目录
第一章 引言 4
1.1 课题背景及目的 4
1.2国内现状及发展趋势 4
1.3 研究内容 6
第二章 出丝机构的结构设计 7
2.1 出丝机构的材料选择 7
2.2出丝机构的结构设计 8
2.3高温出丝机构的主要零件的参数选择 11
2.3.1电机的选择 11
2.3.2驱动器的选择 12
2.3.3喷嘴的选型 13
2.3.4喉管的选型 13
2.3.5加热棒 14
2.3.6加热块的设计 15
2.3.7热电偶的选型 15
2.3.8散热片体的设计 15
2.3.9散热风扇及蜗扇的选择 17
第三章 平台自动推送机构的结构设计及主要零件的选型 18
3.1平台自动推送装置的设计 18
3.2平台自动推送装置的主要零件的选型 19
3.2.1 Z轴滚珠丝杠的选型 19
3.2.2导轨副的选型 21
3.2.3步进电机的计算选型 22
3.2.4联轴器的选型 23
3.4.5轴承及轴承座的计算选型 23
第四章 总结 25
参考文献 26
致谢 27
第一章 引言
1.1 课题背景及目的
3D打印技术以数字文件为基础，通过材料逐层堆叠而成的三维实体技术。这项技术一出现 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
，就席卷了整个世界，对世界上的整个传统制造体系产生了深远的影响，受到了世界各国的瞩目，这项技术已经被各国大力研发和推广。在我国，一些高校和企业率先在3D打印技术方面取得了巨大的研究成果，并且已取得长足进展，因此，国家给予了高度重视。
在近几年里，打印技术日益提高，打印越来越可靠、机器操作越来越简便、投资者的信心越来越增长，3D打印业正在日益接近批量生产。越来越多的3D打印设备或3D打印机农场变成集群式模式，即大规模地将大量3D打印机放在一起，进行集中3D打印，从而达到或接近批量生产的效果。不过，这些集群式3D打印机农场的生产成本与大批量生产的注塑成型工艺相比，还是有很大的差距。这其中就包括时间、人力、财力，比如3D打印和后处理的时间成本、同时管理大量3D打印机的人力资源成本等。严格来说，每台3D打印机都要进行启动、监控、设立第三方的网络，对于3D打印机的实现或维护来说，并不是一件简单的事情。例如，在利用打印机打印模型前，需要对模型进行切片，生成走丝路径，并将走丝路径文件发送给打印机进行打印；打印机在进行连续打印时，每次打印完成，都需要对打印平台进行重新换装，并将模型从打印平台上取下。在进行大批量的生产时，需要几十甚至上百台打印机同时进行工作，这些手工操作都阻碍了3D打印农场的集群化、自动化生产，是目前急需解决的问题。
本课题将3D打印机出丝和平台自动推送机构的优化为目标，优化出丝机构的出丝机构和推送平台的自动化系统，从而实现成本低廉、便于操作。
1.2国内现状及发展趋势
3D打印技术是一种快速成形技术，它是一种以数字模型文件为基础，运用可粘合材料，例如塑料，通过逐层打印的方式来构造实体。传统3D打印机一般操作是待打印结束后人工进行更换打印平台，这种方法不仅耗费人力，而且效率低，不能使打印机连续打印。并且，传统打印机不能进行无限信息传输和控制。基于以上两点，有必要发明一种成本低廉、便于操作的可自动更换打印平台的3D打印机装置。
3D打印技术在当今世界运用越来越广，不仅仅是用于模具制造、工业设计这些间接制造领域，还逐渐用于一些产品的直接制造。3D打印技术于2011年始被充分应用于生物医药领域，挽救了大多数人的生命，给了更多人生存的希望。比如：美国Open3DP创新小组在打印骨骼组织上获得了成功，如今利用3D打印技术制造人类骨骼组织的技术已经成熟；哈佛大学医学院的一个研究小组也成功地研制了一款可以实现生物细胞打印的设备；另外，3D打印人体器官的尝试也正在研究中：3D打印头盖骨、胸腔、血管、脊椎植入人体、手掌治疗残疾、心脏救活2周大先心病婴儿该技术也在珠宝、鞋类、建筑、土木工程和施工、汽车，航空航天、教育、枪支以及其他领域都有所应用。
现如今的出丝机构结构主要是齿轮与U型轴承的组合。这种组合主要有两种形式：其中一种是传统的直齿圆柱齿轮与U型轴承的组合，将PLA材料挤进喷头，但是这样会将材料挤压变形，导致材料切削过多，影响打印的均匀性；另一种是凹型齿轮与U型轴承的组合，但是PLA材料与齿轮接触面积变大，摩擦阻力变大，挤出困难。为了改善这些情况，我们做了一些设计和优化。
自动更换3D打印机底盘的推送装置包括前后推送装置、升降装置和支撑架，所述的前后推送装置和升降装置安装于所述支撑架上，打印底盘设置于升降装置的升降平台上，前后推送装置可实现打印底盘的前后推送，电机带动第一滑块在第一滑轨上滑动，第一滑块带动推板前后运动从而实现打印底盘的前后推送；升降装置通过底部的电机带动丝杠转动从而实现通孔法兰沿着丝杠的升降运动，通孔法兰与L型铝板固定连接，因而L型铝板能够带动升降平台的升降运动，该设计很大程度上增加的打印的速度，当一个机器完成工作后可以很快的自动更换打印底盘，进入下一个环节，成本低廉、便于操作，可实现自动更换底盘。
目录
第一章 引言 4
1.1 课题背景及目的 4
1.2国内现状及发展趋势 4
1.3 研究内容 6
第二章 出丝机构的结构设计 7
2.1 出丝机构的材料选择 7
2.2出丝机构的结构设计 8
2.3高温出丝机构的主要零件的参数选择 11
2.3.1电机的选择 11
2.3.2驱动器的选择 12
2.3.3喷嘴的选型 13
2.3.4喉管的选型 13
2.3.5加热棒 14
2.3.6加热块的设计 15
2.3.7热电偶的选型 15
2.3.8散热片体的设计 15
2.3.9散热风扇及蜗扇的选择 17
第三章 平台自动推送机构的结构设计及主要零件的选型 18
3.1平台自动推送装置的设计 18
3.2平台自动推送装置的主要零件的选型 19
3.2.1 Z轴滚珠丝杠的选型 19
3.2.2导轨副的选型 21
3.2.3步进电机的计算选型 22
3.2.4联轴器的选型 23
3.4.5轴承及轴承座的计算选型 23
第四章 总结 25
参考文献 26
致谢 27
第一章 引言
1.1 课题背景及目的
3D打印技术以数字文件为基础，通过材料逐层堆叠而成的三维实体技术。这项技术一出现 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
，就席卷了整个世界，对世界上的整个传统制造体系产生了深远的影响，受到了世界各国的瞩目，这项技术已经被各国大力研发和推广。在我国，一些高校和企业率先在3D打印技术方面取得了巨大的研究成果，并且已取得长足进展，因此，国家给予了高度重视。
在近几年里，打印技术日益提高，打印越来越可靠、机器操作越来越简便、投资者的信心越来越增长，3D打印业正在日益接近批量生产。越来越多的3D打印设备或3D打印机农场变成集群式模式，即大规模地将大量3D打印机放在一起，进行集中3D打印，从而达到或接近批量生产的效果。不过，这些集群式3D打印机农场的生产成本与大批量生产的注塑成型工艺相比，还是有很大的差距。这其中就包括时间、人力、财力，比如3D打印和后处理的时间成本、同时管理大量3D打印机的人力资源成本等。严格来说，每台3D打印机都要进行启动、监控、设立第三方的网络，对于3D打印机的实现或维护来说，并不是一件简单的事情。例如，在利用打印机打印模型前，需要对模型进行切片，生成走丝路径，并将走丝路径文件发送给打印机进行打印；打印机在进行连续打印时，每次打印完成，都需要对打印平台进行重新换装，并将模型从打印平台上取下。在进行大批量的生产时，需要几十甚至上百台打印机同时进行工作，这些手工操作都阻碍了3D打印农场的集群化、自动化生产，是目前急需解决的问题。
本课题将3D打印机出丝和平台自动推送机构的优化为目标，优化出丝机构的出丝机构和推送平台的自动化系统，从而实现成本低廉、便于操作。
1.2国内现状及发展趋势
3D打印技术是一种快速成形技术，它是一种以数字模型文件为基础，运用可粘合材料，例如塑料，通过逐层打印的方式来构造实体。传统3D打印机一般操作是待打印结束后人工进行更换打印平台，这种方法不仅耗费人力，而且效率低，不能使打印机连续打印。并且，传统打印机不能进行无限信息传输和控制。基于以上两点，有必要发明一种成本低廉、便于操作的可自动更换打印平台的3D打印机装置。
3D打印技术在当今世界运用越来越广，不仅仅是用于模具制造、工业设计这些间接制造领域，还逐渐用于一些产品的直接制造。3D打印技术于2011年始被充分应用于生物医药领域，挽救了大多数人的生命，给了更多人生存的希望。比如：美国Open3DP创新小组在打印骨骼组织上获得了成功，如今利用3D打印技术制造人类骨骼组织的技术已经成熟；哈佛大学医学院的一个研究小组也成功地研制了一款可以实现生物细胞打印的设备；另外，3D打印人体器官的尝试也正在研究中：3D打印头盖骨、胸腔、血管、脊椎植入人体、手掌治疗残疾、心脏救活2周大先心病婴儿该技术也在珠宝、鞋类、建筑、土木工程和施工、汽车，航空航天、教育、枪支以及其他领域都有所应用。
现如今的出丝机构结构主要是齿轮与U型轴承的组合。这种组合主要有两种形式：其中一种是传统的直齿圆柱齿轮与U型轴承的组合，将PLA材料挤进喷头，但是这样会将材料挤压变形，导致材料切削过多，影响打印的均匀性；另一种是凹型齿轮与U型轴承的组合，但是PLA材料与齿轮接触面积变大，摩擦阻力变大，挤出困难。为了改善这些情况，我们做了一些设计和优化。
自动更换3D打印机底盘的推送装置包括前后推送装置、升降装置和支撑架，所述的前后推送装置和升降装置安装于所述支撑架上，打印底盘设置于升降装置的升降平台上，前后推送装置可实现打印底盘的前后推送，电机带动第一滑块在第一滑轨上滑动，第一滑块带动推板前后运动从而实现打印底盘的前后推送；升降装置通过底部的电机带动丝杠转动从而实现通孔法兰沿着丝杠的升降运动，通孔法兰与L型铝板固定连接，因而L型铝板能够带动升降平台的升降运动，该设计很大程度上增加的打印的速度，当一个机器完成工作后可以很快的自动更换打印底盘，进入下一个环节，成本低廉、便于操作，可实现自动更换底盘。
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